น้ำบริสุทธิ์ ด้วยสารกรอง "เรซิ่น (Resin)"

น้ำบริสุทธิ์ หรือเรียกว่า demineralized หรือ deionized water หมายถึง น้ำที่ปราศจากเกลือแร่ต่าง ๆ น้ำบริสุทธิ์ ผลิตได้โดยใช้เรซิ่น คือ เรซิ่นแบบกรด และเรซิ่นแบบด่าง ซึ่งเรซิ่นนี้อาจจะบรรจุแยกถังหรือในถังเดียวกันเป็นแบบ mixed bed ก็ได้ เรซิ่นแบบด่าง จะทำหน้าที่กำจัดไอออนลบ สามารถรีเจอเนเรตด้วยโซดาไฟ ส่วนเรซิ่นแบบกรด จะทำหน้าที่กำจัดไอออนบวกออกจากน้ำ สามารถรีเจอเนอเรตด้วยกรดเกลือ หรือ กรดกำมะถัน น้ำที่ผลิตได้จึงเป็นน้ำที่ ปราศจากเกลือแร่ต่าง ๆ

สารกรองเรซิ่น - Ion-Exchange Resin คือโพลิเมอร์ที่ไม่ละลายน้ำมีลักษณะเป็นทรงกลมที่มีโครงสร้างลักษณะพิเศษและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 – 2 มิลลิเมตร เป็นสารประกอบโมเลกุลใหญ่ (polymer) แบบสามมิติ (three dimensional network) ที่ได้จากการรวมตัวกัน ทางเคมีของสารประกอบโมเลกุลเดี่ยว (monomer) เพื่อใช้ในการแลกเปลี่ยนไอออน สามารถเปรียบเทียบเรซิ่นได้กับ "กรด" หรือ "ด่าง" ซึ่งมีทั้งอ่อน และแก่ ความแตกต่างที่ต้องตระหนักไว้ คือกรดและด่างเป็นของเหลวแต่เรซิ่นเป็นของแข็ง ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าเรซิ่นเป็นกรด หรือด่างชนิดแข็ง ความแตกต่างอีกประการหนึ่ง คือผลปฏิกิริยาที่ได้ในกรณีของกรด หรือด่าง ธรรมดานั้นผลปฏิกิริยาจะยังคงอยู่ในน้ำ แต่ผลปฏิกิริยาของเรซิ่นที่ได้นั้นยังคงอยู่กับเรซิ่นซึ่งเป็นของแข็ง จากการที่เรซิ่นเปรียบได้กับ กรด หรือ ด่าง ทำให้มีการแบ่งประเภทของเรซิ่นตามความเป็นกรด หรือด่าง ได้ 4 ชนิดดังนี้

- เรซิ่นแบบกรดแก่ (strong acidic cationic resin)
- เรซิ่นแบบกรดอ่อน (weak acidic cationic resin)
- เรซิ่นแบบด่างแก่ (strong basic anionic resin)
- เรซิ่นแบบด่างอ่อน (weak basic anionic resin)

รีเจนเนอเรชั่น (Regeneration) หมายถึง การทำให้เรซิ่นที่หมดอำนาจไปแล้วกลับฟื้นตัวขึ้นมามีอำนาจในการแลกเปลี่ยนไอออนใหม่อีก การที่เรซิ่นหมดอำนาจ (ชั่วคราว) เป็นเพราะว่าไอออนอิสระส่วนใหญ่ในเรซิ่นถูกนำไปแลกเปลี่ยนกับไอออนอื่นในน้ำจนหมดสิ้น การทำรีเจนเนอเรชันได้แก่ การขับไล่ไอออนในเรซิ่นที่แลกมาจากน้ำ และเติมไอออนอิสระให้กับเรซิ่น ทำให้เรซิ่นกลับสู่สภาพเดิม และมีอำนาจในการแลกเปลี่ยนไอออนอีกครั้งหนึ่ง สารเคมีที่ใช้เติมไอออนอิสระให้กับเรซิ่น ที่เสื่อมอำนาจไปแล้วเรียกว่าสารรีเจนเนอแรนต์ (regenerant) ตัวอย่างของสารรีเจอเนอแรนต์ ได้แก่ NaCl ซึ่งใช้เติม Na+ หรือ Cl- ให้กับเรซิน หรือ H2SO4 ซึ่งใช้เติม H+ ให้กับเรซิน หรือ HCl ซึ่งใช้เติม H+ ให้กับเรซิ่น เป็นต้น

ประสิทธิภาพในการทำรีเจนเนอเรชัน (regeneration efficiency) คือ อัตราส่วนระหว่างจำนวนสมดุลของไอออนในเรซิ่นที่เสื่อมแล้ว และจำนวนสมดุลของไอออนในสาร รีเจนเนอแรนต์ที่นำมาแลกเปลี่ยน ถ้ามีประสิทธิภาพเท่ากับ 100 % หมายความว่าไอออนที่แลกเปลี่ยนระหว่างกันของสารรีเจนเนอแรนต์ กับของเรซิ่นที่เสื่อมอำนาจแล้วมีจำนวนเท่ากัน อย่างไรก็ตามโดยปกติแล้วการแลกเปลี่ยนไอออนจากเรซิ่นที่เสื่อมอำนาจแล้วมักต้องใช้ไอออนจำนวนมากว่าสารรีเจนเนอแรนต์ กล่าวคือประสิทธิภาพในการทำรีเจนเนอเรชันมักมีค่าไม่ถึง 100 %

การทำความสะอาดก่อนการแลกเปลี่ยนไอออน เรซิ่นมีหน้าที่ในการกำจัดสารละลายน้ำที่อยู่ในรูปของไอออนต่าง ๆ เท่านั้น ไม่ควรใช้เรซิ่นทำหน้าที่แทนสารกรองน้ำเป็นอันขาด น้ำที่ผ่านเข้าถังเรซิ่นจึงควรเป็นน้ำใสที่มีความขุ่น หรือตะกอนแขวนลอย หรือแก๊สละลายน้ำ หรือน้ำมันลอยอยู่น้อยที่สุด สารมลทินต่าง ๆ ดังกล่าวทำให้อายุของเรซิ่นสั้นกว่าที่ควรจะเป็น ในกรณีที่น้ำดิบได้มา จากแหล่งน้ำผิวดินจะต้องกำจัดตะกอนแขวนลอยต่าง ๆ ออกจากน้ำด้วยกระบวนการต่าง ๆ เช่นโคแอกกูเลชั่น การตกตะกอน การกรอง เป็นต้น เสียก่อนจึงจะส่งผ่านน้ำเข้าถังเรซิ่นได้ คลอรีน หรือ ออกซิไดซิงเอเจนต์ อื่น ๆ อาจทำลายเรซินบางชนิดได้ โดยเฉพาะประเภทกรดอ่อน หรือด่าง ทำให้ไม่สามารถแลกเปลี่ยนไอออนได้

ประโยชน์ของกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออน 

เรซิ่นแลกเปลี่ยนไอออนสามารถกำจัดสารละลายต่าง ๆ ที่อยู่ในรูปไอออนได้ อย่างไรก็ตามการแลกเปลี่ยนไอออนไม่เหมาะสำหรับสารละลาย (TD ) ที่มีความเข้มข้นสูงกว่า 700 มก./ล เพราะเป็นวิธีที่ไม่ประหยัด วิธีที่เหมาะสมกว่ามากควรเป็น reverse osmosis หรือ electrolysis

กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนนี้สามารถใช้ทำความสะอาดน้ำ เพื่อกำจัดสารมลทินเฉพาะอย่างในน้ำได้ดังต่อไปนี้

1. กำจัดความกระด้าง
   
2. กำจัดความเป็นไบคาร์บอเนต
3. กำจัดเกลือแร่ทุกชนิดเพื่อผลิตน้ำบริสุทธิ์

---------------------------------------------------------------------------------------

ข้อมูลจาก : 
เชาวเลข ชยวัฒนางกูร และ หทัยการ มิละโฮ
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์ สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)